砂岩组构与岩石力学性质关系的研究
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风化砂岩石窟表面热响应及力学性能变化:对砂岩石窟本体表层风化(劣化)评价的启示第一篇范文风化砂岩石窟表面热响应及力学性能变化:对砂岩石窟本体表层风化(劣化)评价的启示砂岩石窟,作为我国重要的文化遗产,承载着悠久的历史和丰富的文化信息。
然而,受自然环境和人为因素的影响,砂岩石窟的风化(劣化)问题日益严重,威胁着其保存和传承。
本文以风化砂岩石窟为研究对象,探讨石窟表面热响应及力学性能变化,为砂岩石窟本体表层风化(劣化)评价提供启示。
1. 风化砂岩石窟的现状砂岩石窟所处的环境复杂多样,既有温度、湿度、降水等气候因素的影响,也有人类活动带来的污染、震动等影响。
这些因素使得石窟表面发生了一系列的风化(劣化)现象,如剥落、裂隙、腐蚀等,导致石窟表面形态和结构发生变化,影响了石窟的美观和稳定性。
2. 表面热响应及力学性能变化为了深入了解风化砂岩石窟的表面热响应及力学性能变化,我们进行了现场调查和实验室测试。
现场调查主要包括对石窟表面的观察和描述,拍摄照片和视频资料,以及收集相关气象数据。
实验室测试则主要包括对石窟岩石样品的力学性能测试,如抗压强度、抗拉强度、弹性模量等,以及对样品的微观结构分析,如扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)等。
研究发现,石窟表面热响应及力学性能变化具有以下特点:1) 温度影响:石窟表面温度随季节和气候条件变化明显,温度的波动会导致石窟内部应力的变化,进而影响其力学性能。
2) 湿度影响:湿度是导致石窟风化的重要因素之一,湿度的变化会影响石窟表面的吸湿膨胀和脱湿收缩,导致表面裂隙的产生和扩大。
3) 降水影响:降水对石窟表面的冲刷和侵蚀作用明显,长期的降水作用会导致石窟表面的物质流失和形态变化。
4) 化学腐蚀:大气中的污染物和酸雨等对石窟表面的化学腐蚀作用不可忽视,化学腐蚀会导致石窟表面的物质组成和结构发生变化。
3. 对砂岩石窟本体表层风化(劣化)评价的启示1) 重视石窟表面温度的监测和分析,掌握温度变化对石窟内部应力和力学性能的影响,为石窟保护提供科学依据。
《超临界CO2作用下砂岩力学特性与渗透性试验研究》篇一一、引言随着全球气候变化和能源需求的增长,碳捕获与存储(CCS)技术日益受到关注。
在CCS技术中,超临界CO2因其独特的物理化学性质,被广泛用于地下储层的注入。
然而,超临界CO2的注入对储层岩石的力学特性和渗透性有着重要影响,特别是对于砂岩储层。
因此,对超临界CO2作用下砂岩的力学特性和渗透性进行试验研究,对于评估CCS技术的安全性和有效性具有重要意义。
二、试验材料与方法1. 试验材料本试验采用不同种类的砂岩样品作为研究对象。
这些样品在化学成分、矿物组成和结构上具有差异,以模拟不同地质条件下的砂岩。
2. 试验方法(1)力学特性试验:采用岩石力学试验机对砂岩样品进行单轴压缩试验和多轴压缩试验,以测定其力学特性参数,如弹性模量、泊松比、抗压强度等。
(2)渗透性试验:通过改变超临界CO2的注入压力和流量,测定砂岩样品的渗透系数和渗透率变化。
三、超临界CO2对砂岩力学特性的影响1. 弹性模量和泊松比的变化试验结果表明,随着超临界CO2的注入,砂岩的弹性模量和泊松比均发生明显变化。
这主要是由于CO2的化学和物理作用导致岩石内部结构发生改变。
2. 抗压强度的变化超临界CO2的注入使得砂岩的抗压强度降低。
这可能是由于CO2渗透到岩石内部,导致岩石内部结构弱化,从而降低其抗压强度。
四、超临界CO2对砂岩渗透性的影响1. 渗透系数的变化随着超临界CO2的注入,砂岩的渗透系数发生显著变化。
在一定的注入压力和流量下,渗透系数呈现先增大后减小的趋势。
这可能是由于CO2在岩石内部形成孔隙和裂缝,提高了岩石的渗透性;但随着CO2的进一步注入,这些孔隙和裂缝可能被堵塞或闭合,导致渗透系数降低。
2. 渗透率的变异性不同种类的砂岩在超临界CO2作用下的渗透率变化存在显著差异。
这主要是由于岩石的化学成分、矿物组成和结构的不同导致的。
因此,在CCS技术的实际应用中,需要充分考虑不同地质条件下砂岩的渗透率变化。
砂岩储层物性研究对油田开发的指导意义引言砂岩储层是目前石油勘探开发中最主要的储层类型之一,对于石油勘探和开发具有重要意义。
合理、全面地研究砂岩储层的物性特征,能够为油田开发提供科学的指导。
一、砂岩储层物性的研究方法1. 岩石力学测试方法岩石力学测试通过测量砂岩储层的力学特性,如抗压强度、弹性模量等,揭示了储层的变形和破坏特性。
这对于选择合适的井场开采参数、评估砂岩储层的稳定性具有重要意义。
2. 岩石物性测试方法岩石物性测试主要包括密度、孔隙度、渗透率等的测定。
这些物性参数对于储量评估、渗透性分析等有着重要的作用。
近年来,随着成像技术的发展,电子探针显微镜和扫描电镜等工具也被广泛应用于岩石物性研究中。
二、砂岩储层物性研究的意义1. 增加油田开发成功率砂岩储层物性研究能够帮助确定油层储量、开采效果等重要参数,从而提高油田开发成功率。
通过合理选择井位、解释地震资料以及分析储层物性特征,可以准确预测储层分布,提高勘探开发的效率和效益。
2. 提高油藏描述精度砂岩储层物性研究对于油藏描述的精度很高。
通过对储层的岩石力学、物性等特征的分析,可以更加准确地刻画储层的属性。
这对于评估储层的流体性质、预测储层的物性分布等都具有重要意义。
3. 指导工程设计砂岩储层物性研究还能够为油田开发的工程设计提供指导。
通过研究储层物性特征,可以确定合适的采油方法、优化生产参数等,从而提高开发的效率和经济效益。
4. 引导油田管理和调整砂岩储层物性研究对于油田的管理和调整具有指导作用。
通过定期监测储层的物性参数变化,可以判断油田开采状态以及油水井的动态情况。
这为合理调整生产方案、优化开采工艺提供了科学依据。
结论砂岩储层物性研究在油田勘探开发中具有重要的指导意义。
通过研究储层的力学特性、岩石物性等参数,可以提高油田开发成功率,提高油藏描述精度,指导工程设计,引导油田管理和调整。
因此,在油田勘探开发过程中,充分重视砂岩储层物性研究是十分必要的。
不同围压条件下榆横矿区砂岩力学特性和本构关系
汪泓;杨天鸿;于庆磊;赵永川;王培涛
【期刊名称】《煤炭学报》
【年(卷),期】2015(0)S2
【摘要】对取自榆横矿区小纪汗煤矿煤层顶板砂岩开展细观结构研究,表明该砂岩石为弱胶结砂岩。
采用TAW-2000岩石压力机对弱胶结砂岩进行了不同围压下三轴压缩实验,结果表明该类砂岩在初始受压阶段表现出明显压密现象,且随围压增大压密段长度减小,当进入塑性阶段,随着围压增大,其由弹性向塑性转变的趋势更加明显。
利用双应变胡克模型(Two-parts Hook’s Model,TPHM)和统计损伤模型分别对屈服点前和屈服点后的受压变化情况进行了描述与分析,发现模型曲线与实验曲线吻合较好。
表明TPHM模型能够准确表达岩石损伤前的非线性弹性变形及弹性变形过程;统计损伤模型则对岩石的损伤后变形进行较好表征。
【总页数】8页(P320-327)
【关键词】弱胶结砂岩;三轴压缩;压密阶段;本构关系
【作者】汪泓;杨天鸿;于庆磊;赵永川;王培涛
【作者单位】贵州省非金属矿产资源综合利用重点实验室;东北大学资源与土木工程学院;贵州大学矿业学院
【正文语种】中文
【中图分类】TD315
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3.风化砂岩的力学特性及本构关系研究 [J], 张卫中;陈从新;余明远
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粒度对红砂岩力学性质影响规律与机制试验研究陈绍杰;郭宇航;黄万朋;尹大伟【摘要】为研究颗粒粒度对岩石力学特性的影响规律,对不同粒度红砂岩进行了单轴压缩与巴西劈裂拉伸试验.研究表明:红砂岩试验试件密度、单轴抗压强度、弹性模量和单轴抗拉强度最大离散系数分别为0.74%、6.65%、1.12%、9.64%,试验所用红砂岩试件均质性良好;当砂岩颗粒粒度较大时,砂岩单轴抗拉强度、单轴抗压强度、弹性模量等都呈现偏低特征,细粒红砂岩单轴抗压强度、弹性模量、单轴抗拉强度分别是粗粒红砂岩1.28倍、1.19倍、1.62倍.颗粒作为砂岩最基本构成单位,其大小差异导致砂岩内部空间结构的改变,造成其矿物成分、微细观组构特征呈现差异性,进而影响其宏观物理性质,最终决定不同粒度红砂岩石具有相异力学特性.【期刊名称】《山东科技大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2017(036)006【总页数】7页(P8-14)【关键词】粒度;红砂岩;力学特性;影响规律;影响机制;试验【作者】陈绍杰;郭宇航;黄万朋;尹大伟【作者单位】山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地,山东青岛266590;山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地,山东青岛266590;山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地,山东青岛266590;山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地,山东青岛266590【正文语种】中文【中图分类】UT458Abstract: In order to study the influence regularity and mechanism of particle size on the mechanical properties of rock, uniaxial compression tests and Brazil splitting tests were carried out on red sandstone with different particle sizes. The results show that the red sandstone specimens have good homogeneity, with the maximum dispersion coefficient of the density, uniaxial compressive strength; elastic modulus and uniaxial tensile strength being 0.75%, 6.66%, 0.78% and 9.64% respectively. The uniaxial compressive strength, elastic modulus and uniaxial tensile strength decrease with the increase of particle size. The uniaxial compressive strength, elastic modulus and uniaxial tensile strength of fine-grained red sandstone are 1.28 times, 1.19 times, and 1.62 times of that of coarse grained red sandstone respectively. As the most basic unit of sandstone, particles have different sizes which give rise to the variety of sandstone internal spatial structure and the differences of mineral composition and micro structure characteristics, further affecting the macroscopic physical and mechanical properties and ultimately determining the different mechanical properties of red sandstone with different particle sizes.Key words: particle size; red sandstone; mechanical properties; influence regularity; influence mechanism; experiment岩石是一种由矿物颗粒胶结而成的各向异性集合体[1],矿物颗粒性质会影响岩石内部微细观组份结构,从而造成岩石力学性质的差异。
2002年3月 第19卷第1期 绵阳经济技术高等专科学校学报
Journal。fM]anyangCollege ofEconomy&Technology Mar.2002
V01.19No1
砂岩组构与岩石力学性质关系的研究 侯兰杰 (西南科技大学城建学院四川绵阳621002)
【摘要】以砂岩为研究对象,利用岩石显微组构分析和岩石力学实验相结合的方法,取得相应的矿物成 分和含量、岩石的结构要素参教、岩石的各种力学性质参数,探讨它们之间的相关性及数学表征,为岩 石的力学性质及其稳定性研究提供参考。 关键词力学性质组构砂岩 中圈分类号:P313.1 文献标识码:A 文章编号:1007—7286(2002)01—0001—05 Study on The Relationship Between Component Texture and Rock Mechanics of Sandstone/I-Iou Lanjie (Southwest University of Science and Technolcgy,Mianyang,621002) Abstract:In this paper,taking sandstone as a study target,by studying the micr ̄copic oomponent and texture of stone and mechanics experiment。the eceffident of texture and mechanics component and per. cent mineral is worked out ∞,analysis their relationship and mathematical foretype,it’11 prefer reference for the study of mechanics and stability of sandstone. Keywords:sandslone;componentandtexture;mechanics.
目前,人们对工程地质中的岩体稳定性和地基稳定性的评价,大多采用岩石力学的测试数据作为工程设 计的依据。它存在测定费用高、代表性差和规律难以掌握等弱点,而且人们对于它们的研究只是单独从力学 性质出发,很少结合岩石组构方面的研究,同时它还是一种静态测试结果。当地基承载后,在较大压力下结 构相的动态变化和工程稳定性的变化均无法预测,可能导致难以预料的问题和不良后果,必须引起极大的关 注。为此,作者提出一种新的研究思路,即利用岩石显微组构分析研究的方法和岩石力学试验测试的方法, 取得相应的矿物成分的种类和含量、岩石的结构要素参数、岩石各种力学性质的参数,研究它们之间的关系 和数学表征,为岩石的力学性质及稳定性研究提供参考。
1试样的采集及制备 1.1试样的采集 本次采样的目的是为研究砂石的物理力学性质及岩石组构分析提供试验样品。样品取自四川省江油市 侏罗纪砂岩,其中3种为岩屑砂岩,另一种为石英砂岩。为避免岩石的裂隙、节理、层理对岩石力学性质的影 响,特选取新鲜、无蚀变及风化不强的砂岩作为试验样品。 1.2试样的制备 1.2.1岩石力学试验样的制备考虑到在工程地质实践中,岩石受拉力情况较少,本次研究拟定制备岩石 单轴抗压强度与抗剪强度两种试样。单轴抗压强度试样每组3块,4组共12块,尺寸:50 mmx 50 rnrn×100 mm,抗剪强度试样每组5块,4组共2O块,尺寸:50 rnrn×50mmX 50 rnrn。 试样制备依据中华人民共和国国家标准《工程岩土试验实验方法标准》(GB/r50266--99)要求进行,其 精度要求试件两端面不平整度误差不大于0.05 mm;沿试件高度、直径的误差不得大于0.3 mm;端面应垂
2001一I】 收稿
维普资讯 http://www.cqvip.com 2 绵阳经济技术高等专科学校学报 第19卷 直于试件轴线,其最大偏差不超过0.25 。 1.2 2岩石组构薄片的制备制备岩石薄片的目的是为了在偏光显微镜下研究岩石的组构特征。本次研 究每组制备8片,共32片,薄片的标准厚度为0.03 mm。每组薄片均按平行施力方向磨制。
2岩石力学试验 表1单轴抗压强度的试验结果
5.01 5 o0 4.995 25 02 5.03 5.015 5.035 25.20 A 5.O3 5.025 5 035 25.32 A1 5 045 5.015 5.035 25 40 A8 5 03 5.0 5.025 25 28 5 03 5.01 5.04 25 35 B5 5.025 5.03 5.045 25 4o B B6 5 04 5.045 5.045 25.43 5 065 5.0 5.04 25 53 B日 5.045 5.02 5.035 25 4o c| 5.015 5.035 5.02 25.18 C5 5.025 5.035 5.0 25. C 5 01 5.04 5.045 25.28 G 5 01 5 005 5.04 25.25 cB 5 015 4.96 5.07 25.43 D| 5 025 5.015 5.03 25.28 5.03 5 025 5.02 25.25 D 5.035 5 02 5.。3 25.33 5.015 5.015 5 045 25.30 5 025 5.o05 5 03 25.28 55 154 7 35 78 50.42 65 168 28 55 49.48 60 89 17.76 30 33 33.36 24 74 试件受力过快.缺数据 245 68 96
152 34 70 96.5 16 27 94.5 18.78 165 43 60 203 56 87
162 37.23 55.5 9.41 98.5 19.69 201.4 5l_65 232 64.92 207 47.39 57 9.67 94.5 18.85 220 56.31 282.5 79.38 24 07 16.62
16.54 本试验主要测定砂岩体单轴抗压强度和利用变角板试验方法测定岩石的抗剪强度。试验采用60 t油 压岩石试验机,以0.5--0 8 MPa/s加荷速度加荷直到试样破碎。实验操作依据中华人民共和国国家标准
5 如 ∞ 帅∞们 n 晰 鹋鹕 北扣 鸵 印如=窜 =。维普资讯 http://www.cqvip.com 第1期 侯兰杰砂岩组构与岩石力学性质关系的研究 3 《工程岩土试验实验方法标准(GB/TSO266--99)要求进行,试样系干燥状态。4种砂岩的单轴抗压强度和 抗剪强度的结果分别见表1和表2。
3岩石薄片显微组构分析 影响岩石力学性质的因素是多方面的,但最主要的是岩石本身的因素,即岩石的组构特征.因此本次研 究利用偏光显徽镜对砂岩的矿物成分、颗粒大小及胶结方式等方面进行了详细研究。 3.1矿物成分特征 3.1.1岩屑杂砂岩(A组样):灰色,中~细粒砂状结构,孔隙式胶结类型,块状构造.主要矿物成分有石英、 硅质岩屑及碳酸岩岩屑,形状多呈粒状,另含少量的长石和云母,胶结物主要是钙质.并有少量粘土杂基。 3.1.2钙质岩屑杂砂岩(B组样):浅黄色,中~细粒砂状结构,孔隙式胶结类型,块状构造,局部具有纹层 理,主要矿物成分有石英、硅质岩屑及碳酸岩岩屑,形状多呈粒状及不规则状,另含少量的长石和云母.胶 结物主要是钙质,并有少量粘土杂基。 3.1.3岩屑杂砂岩(c组样):浅灰色,中~粗粒砂状结构.孔隙式胶结类型,块状构造,主要矿物成分有硅 质岩屑、碳酸岩岩属、砂质岩屑、长石和石英,胶结物主要是钙质,并有少量粘土杂基。 3.1.4石英砂岩(D组样):灰白色.中~细粒砂状结构.接触式胶结类型,块状构造,弱风化,主要矿物成分 有石英及少量长石和硅质岩屑,胶结物为硅质.并有少量粘土杂基。 表3试样矿物成分统计表
3.2矿物及岩璃粒度特征 利用偏光显微镜,采用线统计法,测量各组试样中矿物颗粒大小,根据颗粒粒度统计的要求,每组试样应 统计的颗粒数要求在200~3。0颗.然后做出频率直方图一频率曲线图及累计频率曲线图(图1~图8),从而 直观显示各组粒级分布特征和平均粒度的太小。 裹4试楫颗 盘{生度统计表
维普资讯 http://www.cqvip.com 4 绵阳经济技术高等专科学校学报 第19卷 垂 l j q ) 值
图l A组试样频率直方图——频率曲线图
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誉 瓣 鳝 图5 C组试样频率直方图——频率曲线图 / /\ /,1 I — . 1 3值4 6 图7 D组试样频率直方图——频率曲线图 誉 瓣 鬓 甜 爨 僻 壤 斟 冀
一 一 图6 C组试样累计频率曲线图
图8 D组试样累计频率曲线图 综合以上分析,4种砂岩的平均粒度关系是:C>B>A>D。 3 3胶结方式 A、B、C试样为孔隙式胶结,胶结物为钙质,D试样为接触式胶结,胶结物为硅质,且各种试样填隙物中
都含有少量的粘土杂基。
维普资讯 http://www.cqvip.com 第1期 侯兰杰砂岩组构与岩石力学性质关系的研究 5 4岩石组构与力学性质的关系 4.1砂岩组构与抗压强度的关系 从上述力学溯试参数和砂岩组构特征来看,若砂岩主要由力学性质较强的矿物组成.则砂岩的抗压强度 大。如A、D试样主要是由力学性质较强的石英和硅质岩屑组成。组成岩石的矿物颗粒越小.抗压强度越大, 如D试样。若岩石是硅质胶结.则抗压强度大,钙质胶结次之。泥质胶结最小。D试样是硅质胶结.抗压强 度较大。 综合以上组构特征分析。可得出如下关系式: R=,(T,J.M) 式中:R一抗压强度;卜鼍扭太小iJ--琏蛄糖琏站情巩;M一矿特点舟奉身性质。 4.2 砂岩组构与抗剪强度关系 库仑强度理论:r=dtgW+C,内摩擦力(atsxI,)主要反映砂岩中微裂隙面的摩擦力和微裂隙面的发育 情况。内聚力(C)主要和胶结程度及组成岩石的颗粒大小有关,A、B试样为孔隙式胶结且粒度较小,所以内 聚力较大,而D试样尽管粒度最小。但是为接触式胶结类型。故内聚力最小。由此可以看出,胶结程度是影 响内聚力大小的主要因素。由此,可以得出如下关系式:
式中:卜囊杜太小-J菔蛄租友。 因此,库仑理论可写为:
C=,(T,J)
r:,(T,J)+ tg 需要说明的是,上面的研究是从砂岩组构和砂岩的力学性质关系这方面来探讨的。实际上,砂岩力学性 质除与组构特征有关外,还与砂岩本身其它因素如:砂岩的密度、含水率、孔隙率及形成时的地质条件等有 关。另外,试验方法、试件大小、试件加工情况和加荷速度等都对分析结果产生一定影响。由于砂岩试样数 量较少,研究不够全面.方法不够完善。没能得出砂岩组构与力学性质的定量关系式,有待今后进一步研究。